complejidad sin matematicas

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1 Complejidad sin Matematicas Ecologí a Biolo gía P s i c o l o g i a Meteorolo gía MacroEconomí a Geofisic a Dante R. Chialvo Northwestern University. Chicago, IL, USA. Email: [email protected] www.chialvo.net

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Complejidad sin Matematicas. G eo fi sic a. Biología. MacroEconomía. Psicologia. M eteorolog ía. E colog ía. Dante R. Chialvo Northwestern University. Chicago, IL, USA. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Complejidad sin Matematicas

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Complejidad sin Matematicas

Ecología

Biología

Psico

log

iaMeteorología

MacroEconomía

Geofisica

Dante R. Chialvo Northwestern University. Chicago, IL, USA.

Email: [email protected] www.chialvo.net

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Hemos visto que:

La suma de muchos procesos independientes lineales genera la campanita de Gauss.

En cambio, la complejidad emerge de la interacción de muchos elementos no lineales.

La estadística de lo complejo es no-uniforme; “muchos con poco y pocos con mucho”. (sinónimos: libre de escala (= scale-free)= ley de potencia (= power law).

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¿Habrá algún mecanismo simple y único que genere la complejidad que observamos en la naturaleza?

Hoy:

“How Nature Works” Oxford University Press.Per Bak (1947-2002)

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Que es Self-Organized Criticality? (SOC)

• La idea: especificar un mecanismo simple que produzca una conducta tipica compartida por una gran cantidad de sistemas sin depender de los detalles específicos del sistema en particular.

• El “sistema” evoluciona en el tiempo bajo la influencia de fuerzas:

• Externa;• Interacciones internas.

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¿Cual es la hipótesis de SOC?

• La hipótesis de BTW sugiere que una gran cantidad de clases de sistemas se comporta como sistemas thermodinámicos en el punto de transición de fase.

• Además, que esos sistemas se mueven espontaneamente hacia ese estado (a diferencia de los sistemas en equilibrio termodinámico para los cuales hace falta sintonizar algun parámetro).

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Simplicidad: Los granos interactúan y causan que otros se muevan

El modelo de juguete de pila de arena

Las reglas

Imágenes tomadas de R. Sole Sign of Life, (2000).

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Las reglas

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Ejemplo simple en una dimension

Agregamos un grano aqui

Fin de la avalancha

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Illustración de una avalancha en dos dimensiones

Agregamos un grano aqui

a b c

d e f

g h i Fin de la avalancha

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Cada perturbación puede generar avalanchas de tamaños muy desiguales

Muy pequeña

Enorme

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El sistema espontaneamente alcanza criticalidad

Muchas pequeñas

Pocas enormes

Imágenes tomadas de R. Sole Sign of Life, (2000).

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Tamaño Duración

La distribución tanto de la duración como del tamaño de las avalanchas es libre de escala.

Sólo limitado por el tamaño del sistema...

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Las avalanchas son un fenómeno

•emergente

•complejo

•inevitable

•determinístico

Criticalidad es el único estado en que al mismo tiempo•Es el mas inestable (un solo granos basta...)•Es el mas robusto (se vuelve siempre a el...)

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Modelo de pila de arena (Version oficina)

Oficina típica adonde nuestro trámite ha entrado y Dios solo sabe cuando saldrá.

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Que necesitamos para ver SOC?

1) Muchos grados de libertad2) No-lineales

3) Separacion de escalas de tiempo: El proceso de forzado externo deber ser mas lento que los

procesos de relajacion interna

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Aplicaciones Terremotos:

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Aplicaciones

Lluvia como “terremotos en el cielo”

• La dinámica de la lluvia es equivalent a la ley de Gutenberg-Richter de los terremotos y a la distribución scale-free de avalanchas en pilas de arena.

Figures de www.cmth.ph.ic.ac.uk/kim O. Peters, C. Hertlein, and K. Christensen, A complexity view of rainfall, Phys. Rev. Lett. (2002).

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Aplicaciones Incendios Forestales

Forest Fires: An Example of Self-Organized Critical Behavior

Malamud, Morein, & Turcotte, Science, (1998).

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Forest Fires: An Example of Self-Organized Critical BehaviorMalamud, Morein, & Turcotte (1998)

4 data sets

Incendios Forestales

Lo mismo, o peor, del otro lado de la frontera.

Enormes

Pequeños

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Example of a production avalanche in the BCSW model caused by the production of one final good at t + 1 that leads to the total production of 22 units.

Bak, Chen, Scheinkman, Woodford, “Aggregate fluctuations from independent sectoral shocks: self-organized criticality in a model of production and inventory dynamics.

AplicacionesEconomia, Linea de Producion

Pedidos

ayer hoy

Envios

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SOC in modelos de bank bankruptcies

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SOC en un modelo de bank bankruptcies

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SOC en un modelo de bank bankruptcies

Se fugaron los gerentes

Apenas unos centavitos

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Aplicaciones

Modelos de predador-presa

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Fases, puntos criticos y transiciones

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Subcritical SuperCriticalCritical

Les he mentido, en realidad la inspiración estaba aqui

Mas que a esto

El mundo se parece mucho mas a esto

Per Bak se dio cuenta que:

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Fases

Solido

Liquido

Gas

Pre

sió

n

Temperatura

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T<TC T>TCT~TC

El Modelo de Ising

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El Modelo de Ising

En el punto critico

•Magnetization muestra fluctuationes temporales complejas

(fractales en el tiempo)

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T~TC

...Islas en mares dentro de continentes flotando en oceanos...

Diversidad de detalles a todas las escalas

El Modelo de Ising

•Las distribucion del tamaño de las islas es una power law

(fractales en el espacio)

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•Estas caracteristicas de las fluctuaciones en espacio y tiempo en la transision de fase no dependen del sistema.

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Transicion de fase, ejemplo simple

Fase desconectada

Fase conectada

Cantidad de cuerdas critica

Y si repitiesemos el expto aquí???

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Cantidad de cuerdas

Vari

abili

dad

(SD

)

La variabilidad es máxima en el punto crítico

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Resumiendo:

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Configuracion luego de depositar 40000 granos en el centro de una grilla de 120 x 120 con Zc=4

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Cual puede ser la utilidad de estas defensas?